Uma visão central da quarta Revolução Industrial (Indústria 4.0), iniciada em 2011, consiste em uma rede de criação de valor agregado, conectada e interoperável, na qual todos os atores – os chamados ativos – se comunicam entre si da forma mais autônoma possível para implementar processos de produção típicos de forma eficiente e resiliente. Um ativo pode ser um objeto físico (por exemplo, uma máquina) ou existir virtualmente como software ou documento, por exemplo, na forma de uma ordem de produção ou de um desenho técnico⁽¹⁾. Para poder se comunicar entre si na rede de criação de valor agregado, de forma eficiente e sem esforço manual, os ativos devem ser representados e definidos de maneira uniforme no mundo virtual. Com este propósito, foi criada a Camada de Administração de Ativos (em inglês, Asset Administration Shell), que pode ser vista como uma implementação concreta de um gêmeo digital, e que se encontra atualmente em processo de padronização conforme a Norma IEC 63278 da Comissão Eletrotécnica In ternacional (International Electrotechnical Commission, IEC)⁽²⁾. 

 

Funções na fase de desenvolvimento 

A camada de administração acompanha um ativo durante todo o seu ciclo de vida. Por esse motivo, ela tem duas funções principais diferentes entre si, dependendo da fase do ciclo de vida, a saber, criação e produção. Na fase de desenvolvimento, a camada de administração serve como um modelo básico para uma classe de ativos específica como, por exemplo, uma injetora. Isto é implementado por características que são válidas para cada instância específica dentro desta classe, comparáveis a uma carteira de identidade (figura 1). 

 

Fig. 1 - Estrutura básica da camada de administração, que engloba atributos e arquivos de um ativo, complementados por metadados semânticos (Fonte: © IKV, baseado em ⁽⁴⁾).

 

Isso significa que cada injetora pode ser caracterizada de maneira uniforme e independente do fabricante ou modelo, por exemplo, pelo valor máximo de sua força de fechamento possível ou pelas dimensões para montagem do ferramental. 

Os recursos também são especificados com metadados, de acordo com a norma IEC 61360-1, e podem ser atribuídos conforme necessário a submodelos (Submodel – SM) ou seus subgrupos (Submodel ElementCollection – SMC). A camada de administração também pode ser ampliada individualmente conforme as características específicas da empresa. Além dessas características, a camada de administração também pode conter arquivos não estruturados como, por exemplo, o manual de um ativo ou desenhos técnicos⁽³⁾. 

 

Funções na fase produtiva 

Na fase produtiva do ciclo de vida, as características recebem valores concretos para que a camada de gerenciamento geral da injetora se torne concreta para uma injetora muito específica. Nesta fase, a camada de administração serve como plataforma de dados do ativo. Os dados relacionados aos ativos podem estar localizados exclusivamente na camada de administração (por exemplo, números de identificação), podem vir diretamente do ativo físico (por exemplo, por meio de sensores) ou de vários sistemas de software, tais como um sistema de controle corporativo ou de produção (Planejamento de Recursos Corporativos - Enterprise Resource Planning, ERP ou Sistema para Execução da Manufatura - Manufacturing Execution System, MES). 

A camada de administração, portando, representa o estado atual do ativo em todos os momentos. 

Não é de forma alguma apenas um componente passivo. O ajuste dos valores dentro da camada de administração causa a mesma alteração no ativo real ou nos sistemas de software^(3,4). 

 

Submodelos padronizados para a moldagem por injeção 

Um fator crítico de sucesso para a implementação da manufatura interoperável usando camadas de administração de ativos é a definição e padronização dos atributos relevantes dos ativos. Embora a estrutura geral da camada de administração de ativos seja definida com grande detalhe nas especificações publicadas pela Plattform Industrie 4.0 (Plataforma da Indústria 4.0, iniciativa alemã que tem como objetivo promover a digitalização e integração inteligente da indústria por meio de novas tecnologias, com foco na implementação da Indústria 4.0) sob o título “Detalhes da Camada de Administração de Ativos” ^{(5, 6)} e na norma IEC 63278 atualmente em desenvolvimento, atualmente há uma falta de definição e padronização das características específicas de domínio, o que dificulta o uso uniforme e entre empresas dentro de um domínio⁽⁷⁾. 

Para preencher essa lacuna, foi lançado o projeto InterOpera (código de financiamento 13I40V006A), financiado pelo Ministério Federal Alemão de Assuntos Econômicos e Proteção Climática (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BMWK). O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de submodelos de camadas de administração para o maior número possível de domínios. Após a conclusão do projeto, esses sub modelos serão publicados na forma de especificações oficiais pela Associação Industrial dos Gêmeos Digitais (Industrial Digital Twin Association, IDTA –- veja box ao final do artigo) e disponibilizadas gratuitamente. O consórcio do projeto é composto pelo Steinbeis Europa Zentrum, Instituto Fraunhofer de Engenharia de Manufatura e Automação (FraunhoferInstitut Produktionstechnik und Automatisierung, IPA) e o Conselho de Padronização para a Industria 4.0 (Standardization Council Industrie 4.0). Este consórcio coordenou a concessão de projetos de submodelos individuais junto a especialistas em métodos dos domínios individuais, forneceu suporte durante o projeto e garantiu a transferência dos resultados para a padronização. 

O Instituto para Processamento de Plásticos (Institut für Kunststoffverarbeitung, IKV) desempenhou o papel de consultor de métodos para o subprojeto “Dados Técnicos para Moldagem por Injeção”. A partir da pesquisa básica realizada no Agrupamento de Excelência “Internet da Produção” da Escola Técnica Superior da RenâniaVestfália (RWTH Aachen)⁽⁸⁾. O IKV, em cooperação com um amplo grupo de trabalho composto por fabricantes de máquinas, processadores, provedores de serviços de digitalização e a Associação Alemã dos Fabricantes de Máquinas e Equipamentos (Verband Deutscher Maschinen-und Anlagenbau, VDMA), desenvolveu um total de quatro submodelos de camadas de administração. Esses submodelos, que foram especialmente desenvolvidos para o domínio de moldagem por injeção, enriquecem o submodelo já publicado, intitulado “Estrutura Genérica para Dados Técnicos de Equipamentos Industriais de Manufatura” (Norma IDTA 02003-1-2), com atributos específicos de moldagem por injeção. 

 

Atributos padronizados são a base para uma linguagem comum 

Os submodelos criados pelo grupo de trabalho incluem as características técnicas da injetora, de seu molde, do controlador de canais quentes e do dispositivo para controle de temperatura (de acordo com a versão 3.0RC02 da especificação da camada de administração). No total, a equipe do projeto definiu e descreveu 298 elementos e seus metadados em alemão e inglês de maneira padronizada (figura 2). Ao criar o modelo parcial, a equipe do projeto teve o cuidado de reutilizar os atributos já existentes de catálogos acessíveis de forma centralizada, como ECLASS (Electronic Classification, ou Classificação Eletrônica: padrão internacional de classificação e descrição de produtos e serviços utilizado em diversas indústrias para facilitar a troca de informações entre empresas, fornecedores e sistemas; ver o quadro em anexo), ou de fazer referência a recursos existentes, para evitar múltiplas definições de atributos já existentes. 
 

Fig. 2 - Visão geral dos elementos desenvolvidos no InterOpera e seu uso (incluindo menções múltiplas) (Fonte: IKV; Gráfico: © Hanser).

Novos atributos criados a partir deste subprojeto e que ainda não foram definidos no ECLASS serão incluídos no catálogo e fornecidos com um número de identificação internacionalmente exclusivo, o chamado Identificador Internacional de Dados de Registro entre essas especificações e as do IDTA, especialmente porque as especificações Euromap mapeiam principalmente dados de processo (especialmente EM 77, 83 e 86), enquanto as especificações IDTA representam principalmente os dados mestres (técnicos) dos ativos. 

Atualmente, as definições de dados desenvolvidas para injetoras e seu ferramental estão sendo transferidas para novas especificações Euromap. 

Os resultados deste subprojeto encontram-se disponíveis como uma descrição textual na forma de um dicionário e como arquivos do tipo AASX (Asset Administration Shell Exchange Format ou Formato de Intercâmbio da Camada Admi desenvolvidos e seus atributos padronizados constituem a base para uma linguagem comum que pode ser interpretada automaticamente pelos ativos de moldagem por injeção, estabelecendo assim a base para uma comunicação interoperável de acordo com a Indústria 4.0. 
 

O valor agregado do domínio da moldagem por injeção 

Os valores agregados que as camadas de administração padronizadas trazem consigo são múltiplos: um deles, fundamental, é a capacidade de identificar claramente os ativos de moldagem por injeção (International Registration Data Identifier, IRDI: identificador único e padronizado usado para registrar e referenciar elementos de dados em sistemas de classificação e padronização, como o ECLASS). 

Isso garante identificação única em todo o mundo e recuperação rápida dos atributos. Outra vantagem do ECLASS é que os atributos podem ter várias versões e os submodelos existentes podem ser estendidos com novos atributos. Além disso, a equipe do projeto levou em consideração o trabalho anterior das especificações Euromap (EM), de modo que não surgiram contradições nistrativa do Ativo; trata-se de um formato padronizado de arquivo para armazenar e trocar dados estruturados de um gêmeo digital). 

Os arquivos AASX podem ser visualizados, editados e instanciados pelos usuários usando o aplicativo gratuito AASX Package Explorer, que foi desenvolvido e é disponibilizado pela Plattform Industrie 4.0. Os submodelos dos ativos de moldagem por injeção que foram criados (figura 3) estarão disponíveis no futuro como especificações IDTA independentes e poderão ser obtidos e usados gratuitamente. Os submodelos em todo o mundo e interpretar suas características de maneira uniforme. Isso permite a descoberta automatizada do ativo certo no mundo virtual e a interpretação correta dos valores dos atributos como, por exemplo, unidades coordenadas entre si. 

Fig. 3 - O AASX Package Explorer possibilita que as camadas de administração sejam abertas, criadas, editadas e visualizadas, conforme mostrado aqui usando o exemplo do atributo “MaxClampingForce”, que descreve a máxima força possível de fechamento de uma injetora (Fonte: © IKV).

Os submodelos padronizados ajudam os fabricantes que utilizam moldagem por injeção, e que possuem uma gama diversificada de máquinas e equipamentos, a criar ativos interoperáveis. Isso é possível porque o intercâmbio de dados entre ativos pode ocorrer sem conversão prévia devido à padro nização dos atributos. Além disso, tal padronização torna desnecessário seu desenvolvimento ou interpretação. Os fabricantes podem, então, usar camadas de administração padronizadas para mapear suas instâncias de ativos e disponibilizá-las aos clientes, permitindo que eles criem o registro de dadosmestre da máquina ou equipamento de forma eficiente e sem usar papel, já que a entrada manual de dados não é mais necessária. O prérequisito para isso é que os sistemas de software de nível superior também utilizem os atributos padronizados. 

O resultado é um gerenciamento acelerado de dados-mestre, conseguindo-se dados com alta qualidade com menos erros de entrada e conjuntos de dados completos e uniformes. Dessa forma, sistemas inteligentes podem ser desenvolvidos e implantados de maneira mais rápida e universal. Outro valor agregado das camadas padronizadas de gerenciamento da moldagem por injeção é o planejamento mais rápido da produção. Ao comparar automaticamente os requisitos técnicos de um componente (e o ferramental associado) da ordem de produção com os dados técnicos das injetoras e equipamentos individuais, o processo de planejamento pode ser abreviado e realizado com base em dados (figura 4). Por exemplo, a combinação de máquina e ferramental tecnicamente capazes de implementar a ordem de produção pode ser encontrada automaticamente e com base em dados. 
 

Fig. 4 - Encontrando uma combinação adequada de máquina e ferramental com base nos atributos e suas características e realizando uma comparação de atributos (Fonte: IKV; Gráfico: © Hanser).

O alinhamento de atributos também pode ser utilizado no caso de uma interrupção na produção e da resultante necessidade de se reprogramar uma ordem de produção para uma injetora alternativa adequada, da forma mais rápida possível. Isso torna resiliente a manufatura baseada em moldagem por injeção, uma vez que as empresas podem responder mais rapidamente às interrupções de produção identificando alternativas de produção imediatamente viáveis. Os dados para comparação entre atributos podem ser obtidos diretamente das camadas de administração via OPC-UA (Open Platform Communications Unified Architecture ou Arquitetura Unificada para Plataforma Aberta de Comunicações). 

 

Conclusões 
Camadas de administração padronizadas e seus submodelos constituem a base para uma produção eficiente e interoperável. Os submodelos contêm os atributos necessários para caracterizar um ativo. 

 

Indústria 4.0 

As camadas administrativas contribuem de forma essencial para a digitalização dos processos de produção. Isso aumenta a eficiência e a robustez dos processos de planejamento e produção. A camada administrativa atualmente se encontra em processo de padronização internacional e já foi apresentada em várias demonstrações (por exemplo, na Hannover Messe). Além disso, associações como a VDMA, a Associação Industrial dos Gêmeos Digitais (Industrial Digital Twin Association, IDTA) ou a ECLASS promovem a criação de submodelos de camadas de administração padronizadas. 

Somente a IDTA conta atualmente com mais de cem membros. Esta associação tem como objetivo padronizar o maior número possível de submodelos de camadas de administração e disponibilizálos ao público. No momento um grupo de trabalho liderado pela VDMA está desenvolvendo um novo padrão Euromap (Euromap 102 AAS – Camada de Administração de Ativo para Injetoras), o qual se baseia na especificação IDTA para esse tipo de equipamento. Sites: IDTA: industrialdigitaltwin.org/contenthub/teilmodelle ECLASS: eclass.eu 

 

Embora a estrutura básica da camada de administração já tenha sido amplamente definida, submodelos de camadas de administração de domínios específicos ainda não foram desenvolvidos de forma geral e raramente estão disponíveis em formato padronizado. 

Um total de quatro submodelos de camadas de administração foram desenvolvidos no projeto InterOpera para o domínio da moldagem por injeção. Eles foram publicados como especificações IDTA. Além disso, os dados técnicos das injetoras e de seus ferramentais de moldagem serão transferidos para uma nova especificação Euromap, a qual se baseia nos resultados obtidos no projeto Inter-Opera. 

Os fabricantes de máquinas e equipamentos podem usar esses resultados como um modelo para criar suas instâncias de ativos de forma rápida, fácil e padronizada, construindo assim uma representação virtual de seu processo de produção. 
 
O trabalho a ser realizado no futuro se concentrará na comunicação das camadas de administração, para que elas possam fornecer ativamente seus atributos e serviços na rede de valor agregado. Atividades futuras em submodelos padronizados para o domínio da moldagem por injeção podem incluir submodelos relacionados a requisitos legais, como atributos sobre os requisitos de segurança para injetoras, de acordo com a norma técnica DIN EN ISO 20430, ou a implementação do passaporte digital do produto. 
 
Agradecimentos 
 
Os fundamentos teóricos são provenientes do Grupo de Excelência “Internet da Produção”, que é financiado pela Fundação Alemã de Pesquisa (Deutsche Forchungsgemeinschaft, DFG) como parte da Estratégia de Excelência do Governo Federal e Estaduais (EXC-2023 Internet da Produção – 390621612). 
 
O Ministério Federal Alemão para a Economia e Proteção Climática (Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, BWMK) apoiou esta transferência de conhecimento para a prática operacional por meio do projeto de pesquisa “InterOpera” (código de financiamento 13I40V006A). 

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
A bibliografia citada neste artigo pode ser encontrada em www.kunststoffe.de/ onlinearchiv.